JP2016103002A - 電気光学位相変調器及び変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変調器の出口における残留振幅変調を低減すること。【解決手段】電気光学位相変調器１００であって、光導波路１２０に一部が結合した入射光波を、導波路入射端と出射端との間の光導波路の光路に沿って伝搬する導波光波３として導波するようになっている光導波路１２０と、導波路と平行に配置された少なくとも２つの変調電極１３２であって、変調電圧（Ｖｍ（ｔ））がこれら変調電極間に印加された場合に、変調電圧の関数である変調位相シフトを導波光波に導入する、少なくとも２つの変調電極１３２と、を含む電気光学位相変調器において、導波路の近傍１１７の光屈折率を低減することが可能な永続的電場を基板内に発生させるように構成された、基板の電気分極のための手段１３２をさらに含む。【選択図】図３

Description

本発明は、一般に、光信号を制御するための光変調器の分野に関する。
本発明は、より詳細には、変調器に入射した光波の光位相を変調することを意図した電気光学位相変調器に関する。
本発明はまた、かかる電気光学位相変調器のための変調方法に関する。

電気光学位相変調器は、変調器に入射してこれを通過する光波の光位相を、それに印加される電気信号の関数として制御することを可能にする光電子装置である。

電気光学位相変調器の特定の種類は、従来技術から公知であり、集積変調器又は導波路型光変調器（ｇｕｉｄｅｄ ｏｐｔｉｃｓ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）と呼ばれ、これは、
−入射面及び出射面を含む電気光学基板と、
−基板の入射面上に位置する導波路入射端から基板の出射面上に位置する導波路出射端まで連続的に直線状の光導波路であって、基板の光屈折率よりも高い光屈折率を有し、光導波路に一部が結合した入射光波を、導波路入射端と導波路出射端との間の光導波路の光路に沿って伝搬される導波光波として導波するようになっている光導波路と、
−導波路と平行に配置された少なくとも２つの変調電極であって、変調電圧が変調電極間に印加された場合に、変調電圧の関数である変調位相シフトを、光導波路内を伝搬する導波光波に導入する、少なくとも２つの変調電極と、
を含む。

本出願において、電気光学基板は、モノブロックであること、すなわち単一部品から作られたものであることを意味する。換言すれば、電気光学基板は、例えばその電気光学基板と、１つ又はそれ以上の中間層と、その構造体の機械的強度のための支持部とを含む積層体のような、より複雑な光学構造体の別個の部分ではない。

同様に、連続的に直線状の光導波路は、導波路入射端と導波路出射端とを単一部品のみで接続する導波路の唯一の直線状セグメントによって形成されることを意味する。特に、光導波路は、その光路に沿っていかなる湾曲部分も含まず、また、部品を１つずつ組み合わせて連続的にしたものではなく、すなわち複数の直線状セグメントで形成されたものではない。

変調電圧による変調電極の分極は、基板内の電気光学効果により、導波光波が伝搬する導波路の光屈折率をこの変調電圧の関数として変化させることを可能にする。

そして、導波路の光屈折率のこの変動は、変調電圧の符号の関数として、位相進み又は遅れの変調位相シフトを、導波路を通過する導波光波の光位相に導入する。
これが、変調器出口において、入射光波の光位相の変調をもたらす。

理論上、このような電気光学位相変調器は、入射光波の光位相のみを変調する。そのため、光検出器をこの変調器の出口において射出光波（ｅｍｅｒｇｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｗａｖｅ）の軌道上に配置すると、この光検出器によって計測される光パワー（ワット単位）は一定になり、変調電極により導波光波に導入された変調位相シフトに依存しないはずである。
しかしながら、実際には、計測される光パワーは一定にはならず、位相変調器の出口において光パワーの小さな変動が検出される。
この残留振幅変調（Ｒｅｓｉｄｕａｌ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）すなわち「ＲＡＭ」は、位相変調器の性能が損なわれることとなるので、場合によっては無視できないことが証明されている。

前記の従来技術の欠点を解消するために、本発明は、変調器の出口における残留振幅変調を低減することを可能にする電気光学位相変調器を提案する。

この目的のために、本発明は、序文で定義した電気光学位相変調器に関し、本発明によれば、導波路の近傍において電気光学基板の光屈折率を低減することが可能な永続的電場を電気光学基板内に発生させるように構成された、電気光学基板の電気分極のための手段をさらに含む。

従って、本発明による装置は、光導波路内で導波される光波と、光学的に導波されずに電気光学基板内を伝搬する光波との間の結合を低減することを可能にする。

実際には、導波路入射端において、入射光波が光導波路に注入される際に、この入射光波の一部は導波路には結合せずに入射面で回折し、光波は、放射して、次に導波されずに導波路外で基板内を伝搬する。

この非導波光波は、導波路に垂直な平面内で横方向の空間的な拡がりを有し、これは、回折によって基板の出射面まで増大する。

換言すれば、非導波光波に関連する光線は、導波路外で基板内を光線が伝搬する間に増大する角度発散を有し、この回折光波の主伝搬方向は、導波路入射端を導波路出射端に接合する直線状セグメントによって定められる。

換言すれば、この回折光波は、直線状光導波路と平行に伝搬し、特に変調電極の下を移動する。

何の予防措置も講じなければ、非導波光波の一部は、導波路出射端において導波光波に結合し得るので、これら２つの光波が互いに干渉して上述の残留振幅変調が生じると考えられる。

それゆえ、電気分極手段によって電気光学基板内に永続的電場を発生させることにより、その付近に、基板の残りの部分の光屈折率よりも光屈折率が低い領域が形成される。

本明細書において、電気分極手段によって発生される電場は、電気分極手段が提供されなくなるとすぐに消失するという点で永続的であることが理解されるであろう。

導波路の近傍において電場の影響を受ける領域内では、光波はもはや伝搬することができないので、基板内の非導波光波は、偏向して導波路から離れることになる。

電気光学基板の光屈折率の低減は、基板と導波路に同時に影響を及ぼすので、導波路内での導波光波の導波は、電気分極手段によって発生する永続的電場によってそれほど大きく乱されない。

非導波光波の偏向により、非導波光波は、もはや導波路出射端で導波光波と重なることがなくなるので、変調器の出口における導波光波と非導波光波との間の干渉がかなり低減される。
このようにして、残留振幅変調がかなり低減される。

好都合には、この電気分極手段は、少なくとも２つの変調電極を含み、これは、変調電圧に加えて付加的な分極電圧が変調電極間に印加された場合に永続的電場を発生させる役割を担う。

さらに、本発明の電気光学位相変調器の他の有利な非限定的特徴は、以下の通りである。
−電気分極手段は、導波路入射端又は導波路出射端と変調電極との間に導波路に平行に配置された、変調電極とは異なる少なくとも２つの付加的電極を含み、この少なくとも２つの付加的電極は、分極電圧によって分極され、永続的電場を発生させる役割を担う。
−少なくとも２つの付加的電極が導波路入射端と変調電極との間に配置され、電気分極手段は、導波路出射端と変調電極との間に導波路と平行に配置された、変調電極とは異なる少なくとも２つの他の付加的電極をさらに含み、少なくとも２つの他の付加的電極は、別の分極電圧によって分極されて、導波路の近傍において電気光学基板の光屈折率を低減するように構成された別の永続的電場を電気光学基板内に発生させる役割を担う。
−電気光学位相変調器は、入射光波を導波路入射端に結合するための手段及び／又は導波光波を導波路出射端に結合するための手段をさらに含み、結合手段は、好ましくは光ファイバのセクションを含む。
−電気光学基板は、２つの側面、下面及び上面を有する平面的な幾何学的形状のものであり、下面及び上面は、基板の入射面と出射面との間に延びており、光導波路は、上面に近接する、上面と平行な平面内に延びる。
−電気光学基板は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ポリマー材料、半導体材料、例えばシリコン（Ｓｉ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）で作られた基板である。
−導波路と電気光学基板との間の光屈折率の差（絶対値）は、１０^−２から１０^−３までの範囲内に含まれる。
−電気分極手段によって電気光学基板内に誘導される光屈折率の差（絶対値）は、１０^−５から１０^−６までの範囲内に含まれる。

本発明はまた、本発明による電気光学位相変調器のための変調方法に関する。
本発明によれば、この変調方法は、導波路の近傍において電気光学基板の光屈折率を低減することが可能な永続的電場を発生させるように構成された電気分極手段を分極するステップを含む。

非限定的な実施例として与えられる、添付の図面に関連した以下の説明は、本発明を構成するもの及び本発明をどのように実施することができるのかを理解することを可能にする。

一対の変調電極を含み、入口及び出口で光ファイバに接続された、本発明による電気光学位相変調器の第１の実施形態の平面図を示す。 図１の位相変調器の断面Ａ−Ａに沿った断面図である。 図１の位相変調器の断面Ｂ−Ｂに沿った長手方向断面図である。 位相変調器が３つの変調電極を含む、本発明による電気光学位相変調器の第２の実施形態の平面図を示す。 一対の変調電極と、変調電極の前に配置された一対の付加的電極とを含む、本発明の電気光学位相変調器の第３の実施形態の平面図を示す。 一対の変調電極と、変調電極の前及び後に配置された二対の付加的電極とを含む、本発明の電気光学位相変調器の第４の実施形態の平面図を示す。 付加的電極が導波路の湾曲部分に沿って配置された、図５の本発明の位相変調器の第３の実施形態の変形の平面図である。 ２対の付加的電極が導波路の２つの湾曲部分に沿って配置された、図６の本発明の位相変調器の第４の実施形態の変形の平面図である。

図１から図８に、電気光学位相変調器１００の異なる実施形態並びにその幾つかの変形例を示す。

一般に、この変調器１００は、変調器１００に入射した光波１（ここでは矢印で表す。例えば図１参照）の光位相を変調することを意図する。

このような変調器１００は、光学系において、特に、データ通信のための光ファイバ遠隔通信、情報処理のための干渉センサ、又はレーザ空胴の動的制御において多くの用途がある。

変調器１００は、まず、ポッケルス（Ｐｏｃｋｅｌｓ）効果とも呼ばれる、静電場又は変動電場によって誘導される一次複屈折を示す、電気光学基板１１０を含む。

この電気光学基板１１０は、化学式ＬｉＮｂＯ_３のニオブ酸リチウム結晶から形成されることが好ましく、この材料は、強いポッケルス効果を有する。

基板１１０は、さらに、４００ナノメートル（ｎｍ）と１６００ｎｍとの間に含まれる波長範囲で、２．１３と２．２５との間に含まれる光屈折率ｎ_ｓを有する。

変形例として、位相変調器の電気光学基板は、タンタル酸リチウム結晶（ＬｉＴａＯ_３）とすることができる。

別の変形例として、この電気光学基板は、ポリマー材料又は半導体材料、例えばシリコン（Ｓｉ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）又はヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）で作ることができる。

基板１１０は、一方で入射面１１１、及び、他方で出射面１１２を含む。これは、本明細書では、２つの側面１１５、１１６と、下面１１４と、上面１１３とを備えた平面的な幾何学的形状を有する（例えば、図１及び図２参照）。

下面１１４及び上面１１３は、それゆえ、基板１１０の入射面１１１と出射面１１２との間に互いに平行に延びている。

同様に、図１及び図２に示すように、入射面１１１と出射面１１２は、ここでは互いに平行であり、側面１１５、１１６も全く同様である。

従って、基板１１０は、平行六面体の形状である。好ましくは、この平行六面体は、直方体ではなく、基板１１０は、入射面１１１と側面の一方（ここでは側面１１６、図１参照）とが、９０°未満の、８０°と８９．９°との間に含まれる、例えば８５°に等しい角度１１９を形成するようになっている。

位相変調器１００の性能を改善するこのような角度１１９の利点は、以下の説明で理解されるであろう。

図２及び図３に示すように、基板１１０は、モノブロックであり、ニオブ酸リチウムの単結晶から形成される。

基板１１０は、厳密に２０ミクロンを超える、下面１１４から上面１１３までの厚さを有することが好ましい。基板１１０の厚さは、３０ミクロンから１ミリメートルまでの範囲にあることがさらに好ましい。

さらに、基板１１０は、１０ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる、入射面１１１から出射面１１２までの長さを有する。

基板１１０は、０．５ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる、２つの側面１１５、１１６間で測定される幅を有することが好ましい。

変調器の基板１１０は、ここではニオブ酸リチウム結晶であり、これは複屈折（電場によって誘導される複屈折性ではなく固有の複屈折性）であり、この基板１１０の幾何学的形状及び配向は、この結晶の軸に対して正確に定めることが重要である。

図１から図３、図５及び図７、並びに図６及び図８にそれぞれ示す本発明の第１、第３及び第４の実施形態において、基板１１０は、それゆえＬｉＮｂＯ_３結晶のＸ軸に沿って切断されているので、基板１１０の上面１１３は、結晶のＸ−Ｙ面に平行になっている（図１参照）。さらにより正確に言えば、結晶のＹ軸は、ここでは電気光学基板１１０の側面１１５、１１６に平行に配向される。

従来通り、ニオブ酸リチウムの場合、Ｚ軸は、結晶格子のＣ軸又はａ３と平行である。Ｚ軸は、結晶のＸ軸と垂直であり、Ｘ軸はそれ自体が格子のａ１軸と平行である。Ｙ軸は、Ｚ軸とＸ軸の両方に対して垂直である。Ｙ軸は、格子のａ２軸に対して３０°回転しており、ａ２軸は、ａ１軸に対して１２０°、ａ３軸に対して９０°に配向している。結晶面の切断及び配向は、一般にＸ、Ｙ及びＺ軸を基準にする。

図４に示す本発明の第２の実施形態において、基板１１０は、ＬｉＮｂＯ_３結晶のＺ軸に沿って切断されているので、基板１１０の上面１１３は、結晶のＸ−Ｙ面に平行になっている。この場合でも、結晶のＹ軸は、電気光学基板１１０の側面１１５、１１６に平行に配向される。

全ての実施形態において、位相変調器１００は、一体型であり、
−基板１１０の入射面１１１上に位置する導波路入射端１２１から、
−基板１１０の出射面１１２上に位置する導波路出射端へ
連続的な方式で直線状に延びる、唯一の光導波路１２０を含む（図１及び図３から図８参照）。

説明した平面状構成において、導波路１２０は、基板１１０の上面１１３に近接した平行面内に延びる。

特に本明細書では、例えば図２及び図３で第１の実施形態について示すように、導波路１２０は、基板１１０の上面１１３と面一であり、半径３〜４マイクロメートルの半円形断面（図２参照）を有する。

光導波路１２０は、１０ミリメートルと１００ミリメートルとの間に含まれる長さを有することが好ましい。

この導波路１２０は、当業者に公知の、結晶内にチタンを拡散する熱プロセスにより、又は焼きなましプロトン交換（ａｎｎｅａｌｅｄ ｐｒｏｔｏｎ−ｅｘｃｈａｎｇｅ）プロセスにより、ニオブ酸リチウム基板１１０内に作られる。

このようにして、光導波路１２０が得られ、これは基板の光屈折率ｎ_ｓより高い光屈折率ｎ_ｇを示す。光導波路の製造方法がチタンの拡散である場合、常光屈折率及び異常光屈折率の２つの屈折率がその値を高める。そして、チタンの拡散によって作製される導波路は、２つの分極状態をサポートする、すなわち導波する。光導波路の製造方法がプロトン交換である場合、異常光屈折率のみがその値を高め、他方、常光屈折率は、その値が低下する。従って、プロトン交換によって作製される導波路は、１つの分極状態のみをサポートすることができる。

光の導波を保証するために、導波路１２０のこの光屈折率ｎ_ｇは、基板１１０の光屈折率ｎ_ｓよりも高くなければならない。

一般に、導波路１２０と電気光学基板１１０との間の光屈折率の差ｎ_ｇ−ｎ_ｓが大きいほど、光の閉じ込め効果が高くなる。

好都合には、本明細書において、導波路１２０と電気光学基板１１０との間の光屈折率の差ｎ_ｇ−ｎ_ｓは、１０^−２から１０^−３までの範囲内に含まれる。

また、入射光１を変調するために、光位相変調器１００は変調手段を含む。

図１から図３、図５及び図７、並びに図６及び図８にそれぞれ示す、基板１１０がＸ軸に沿って切断された本発明の第１、第３及び第４の実施形態において、これらの変調手段は、導波路１２０に平行に、本明細書ではその両側に配置された、２つの変調電極１３１、１３２を含む。

異なる実施形態において、これらの変調電極１３１、１３２は、より正確に、導波路１２０の直線状部分１２３の周りに配置される。

さらに、図１に示すように、２つの変調電極１３１、１３２は各々、導波路１２０へ向かう内縁１３１Ａ、１３２Ａを含む。従ってそれらは、互いの間に、第１の変調電極１３１の内縁１３１Ａから第２の変調電極１３２の内縁１３２Ａまで延びる電極間ギャップ１１８を定める。

２つの変調電極１３１、１３２は、基板１１０の上面１１３における導波路１２０の幅よりも大きい距離Ｅ（図２参照）で離間しており、変調電極１３１、１３２は導波路１２０に重ならないようになっている。変調電極１３１、１３２の２つの内縁１３１Ａ、１３２Ａによって境界を定められた電極間距離Ｅは、それゆえ電極間ギャップ１１８の横方向寸法、すなわち幅に対応する。

例えば、導波路１２０は、ここでは３ミクロンの幅を有し、電極間距離Ｅは１０ミクロンに等しい。

図４に示す、基板１１０がＺ軸に従って切断された本発明の第２の実施形態において、変調手段は、導波路１２０に平行に配置された３つの変調電極１３１、１３２、１３３を含む。

導波路１２０の幅よりも幅が広い第１の電極、すなわち中央電極１３３は、導波路１２０の上側に位置する。

第２及び第３の電極、すなわち側方対向電極１３１、１３２は、導波路１２０の両側に位置するそれらの部分に関して、各々が中央電極１３３に対して距離Ｅ’で離間し、この距離Ｅ’は、側方対向電極１３１、１３２の中心と中央電極１３３の中心との間で決定される。

例えば、導波路１２０はここでは３ミクロンの幅を有し、中央電極１３３と対向電極１３１、１３２との間の距離Ｅ’は１０ミクロンに等しい。

従来通り、変調電極１３１、１３２、１３３は、同一平面上にあり、基板１１０の上面１１３上に既知のフォトリソグラフィ技術によって形成される。

変調電極１３１、１３２、１３３の寸法（幅、長さ、及び厚さ）は、変調器の位相変調条件、基板１１０の性質及び幾何学的形状（寸法及び配向）、導波路１２０の幅及び長さ、並びに達成すべき性能の関数として決定される。

変調電極１３１、１３２、１３３は、本明細書においてＶ_ｍ（ｔ）で表される変調電圧によって分極されることが意図され、変調電圧は、時間ｔの関数として変化する電圧である。

換言すれば、この変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）は、変調電極１３１、１３２、１３３間に印加される。

その目的で、変調電極の１つ（第１、第３及び第４の実施形態の場合、電極１３２、例えば図１、図５及び図６参照；第２の実施形態の場合は電極１３３、図４参照）は、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に等しい電位にされ、他方、他の１つの変調電極（電極１３１）又は複数の電極（電極１３１、１３２）は接地される。

電気的制御手段（図示せず）が設けられ、これは、変調電極１３１、１３２、１３３に対して、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に関する所望の設定値（振幅、周波数．．．）を適用することを可能にする。

本発明の利点を理解するために、電気光学位相変調器１００の動作を最初に簡単に説明する。
位相変調器１００（図３参照）は、
−入口で入射光波１を受けて、これを導波光波３へ結合し、
−導波路１２０内を直線的に伝搬するこの導波光波３の光位相を変調し、
−導波光波３を、変調器１００の出口において送出される射出光波２へ結合し、この射出光波２の光位相は、導波光波３の変調と同様の変調を有する、
ように設計されている。

入口及び出口においてそれぞれ入射光波１及び射出光波２を結合するために、変調器１００は、入射光波１を導波路入射端１２１に結合するための手段及び射出光波２を導波路出射端１２２に結合するための手段を含む。

これらの結合手段は、本明細書において、光ファイバ、例えばシリカ光ファイバのセクション１０、２０（図３参照）を含むことが好ましく、各々が円筒形のコア１２、２２を取り囲むクラッド１１、２１を含み、その中で入射光波１（コア１２内）及び射出光波２（コア２２内）をそれぞれ伝搬し、それゆえ各々が回転対称性を有する。

例示的に、光ファイバのセクション１０のコア１２内を伝搬する入射光波１の振幅１Ａと、光ファイバのセクション２０のコア２２内を伝搬する射出光波２Ａの振幅２Ａとを図３に示す。これらの振幅１Ａ、２Ａは、円筒形の対称性を有する光ファイバのセクション１０、２０内の伝搬モードに対応する。

結合を行うために、光ファイバのセクション１０、２０は、それぞれ入射面１１１及び出射面１１２に近づけられ、光ファイバの各セクション１０、２０のコア１２、２２がそれぞれ導波路入射端１２１及び導波路出射端１２２に対向して位置合わせされるようになっている。

好都合には、一方で、光ファイバのセクション１０、２０を基板１１０に取り付けるために、他方で、ファイバ１０、２０のコア１２、２２と導波路１２０の入射端１２１及び出射端１２２との間の光学的及び機械的な位置合わせ状態を固定するために、光ファイバのセクション１０、２０と、基板１１０の入射面１１１及び出射面１１２との間で、屈折率が一致した接着剤を用いることができる。

入口において、光ファイバのセクション１０のコア１２に沿って基板１１０に向かって伝搬する入射光波１は、導波光波３（図３の矢印参照）として、導波路入射端１２１において導波路１２０内で一部が結合される。

この導波光波３は、次に光導波路１２０の連続的な直線状光路に沿って導波路入射端１２１から出射端１２２へ伝搬し、図３に模式的に示されているような振幅３Ａを有する。

入射面１１１及び出射面１１２上での導波光波３の部分反射により、導波路１２０内で干渉が生じ得るので、導波光波３の振幅３Ａは、比較的高い残留振幅変調を示し得る。

それにもかかわらず、基板１１０の角度１１９により、この干渉現象は大幅に低減されるので、これらのスプリアス反射による残留振幅変調は無視できるようになる。

電気的制御手段が変調電極１３１、１３２、１３３間に変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）を印加すると、この変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に比例する外部電場が、変調電極１３１、１３２、１３３の近傍、より正確に言えば、変調電極１３１、１３２、１３３の下に位置する基板１１０及び導波路１２０の領域内に生じる。

ポッケルス効果により、導波路の光屈折率ｎ_ｇは、この外部電場によって変調される。公知のように、光屈折率の変調は外部電場の振幅に比例し、比例係数は、材料の性質及び変調電極１３１、１３２、１３３の幾何学的形状の両方に依存する。

さらに、基板１１０の光軸に対する外部電場の配向の関数として、変調電極１３１、１３２、１３３の近傍におけるこの変動は、基板１１０及び導波路１２０の光屈折率ｎ_ｓ、ｎ_ｇの増大又は減少に伴い、それぞれ、正又は負となり得る。

導波路１２０内での導波光波３の伝搬中に、導波路１２０の光屈折率ｎ_ｇのこの変動は、光導波路１２０内を伝搬する導波光波３の光位相に、外部電場の振幅の関数である、従って時間ｔの関数として変化する変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）の振幅の関数である、変調位相シフトを導入する。

変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）の符号の関数として、従って基板１１０の光軸に対する外部電場の配向の関数として、この変調位相シフトは正又は負となり得、導波光波３の光位相遅れ又は進みにそれぞれ関連する。

このようにして、変調電極１３１、１３２、１３３により、導波光波３の光位相を変調することができる。

ここで光導波路１２０内の入射光波１の結合に話を戻す。

この結合中に、光ファイバのセクション１０と基板１１０内の導波路１２０との間の屈折率の空間分布の差により、入射光波１の一部が導波路入射端１２１において回折し、その結果、導波路１２０内の非導波光波４（図３参照）が、導波路入射端１２１から基板１１０の出射面１１２に向かって基板１１０内を伝搬し、伝搬の主方向１２１Ｐは、基板１１０の上面１１３と直交して直線状導波路１２０の中央部のそばを通る平面と同一平面上にある。

この非導波光波４は、その振幅４Ａが図３に示されており、導波路出射端１２２において、導波路１２０内で導波された光波３と干渉することがあり、それゆえ変調器１００の出口において射出光波２内に残留振幅変調を発生させる。

これらの干渉を防止し、残留振幅変調を制限するために、本発明による変調器１００は、電気光学基板１１０の電気分極のための手段を含み、導波路１２０の近傍で基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減させる永続的電場を基板内に発生させる。

一般に、これらの電気分極手段は、電極と、これらの電極間に電圧を印加する電気的制御手段とを含む。

図１から図３に示す第１の実施形態並びに図４に示す変形例において、電気分極手段は、変調電極１３１、１３２、１３３と、関連の電気的制御手段（図示せず）とを含む。

変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）に加えてＶ_ｓで示される付加的な分極電圧が変調電極１３１、１３２、１３３間に印加され、印加される全電圧がＶ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓ（図１、図３及び図４参照）になった場合、変調電極１３１、１３２、１３３の付近及び下方の、導波路の近傍に位置する基板１１０の分極領域１１７（図３参照）内に永続的電場が発生する。

この分極領域１１７は、実際には、基板１１０及び導波路１２０の屈折率ｎ_ｓ、ｎ_ｇが調整された、基板１１０及び導波路の区域に対応する。

好ましくは、この付加的な分極電圧Ｖ_ｓは経時的に一定であり、そのため分極領域１１７内で発生する永続的電場もまた一定である。

非導波光波４を導波路１２０から遠ざかる方向に偏向させるために、付加的な分極電圧Ｖ_ｓは、基板内の永続的電場がポッケルス効果により分極領域１１７において導波路１２０の近傍の電気光学基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減させるように調節される。

このとき非導波光波４は、基板１１０の残りの部分よりも屈折率が低い分極領域１１７から偏向する軌道である、図３において点線で表される軌道１２１Ｐに従うことになる。

このように、非導波光波４は、もはや導波路出射端１２２において導波光波３と重ならず、その結果、それらはもはや互いに干渉せず、変調器１００の出口における射出光波２に残留振幅変調をもたらすことはない。

実際には、１０マイクロメートルで離間した４０ミリメートル長の変調電極１３１、１３２を用いて、それらの間に５から１０ボルトの分極電圧を印加すると、残留振幅変調の低減は１０デシベルを超える。

好都合には、電気分極手段によって発生される永続的電場は、電気光学基板１１０内に誘導される光屈折率の差が１０^−５から１０^−６の範囲内に含まれるようなものである。

電気分極手段により、変調器１００は、これらの電気分極手段の分極ステップを含む変調方法を実施することができる。

この分極ステップ中に、永続的電場が、本明細書においては付加的な分極電圧Ｖ_ｓの印加により発生し、導波路１２０の近傍で電気光学基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減させるようになっている。

この分極ステップは、好都合には、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）を変調電極１３１、１３２、１３３に印加することからなる変調ステップと同時に行うことができる。

実際には、導波路１２０内で導波される光波３を変調すること、及び、非導波光波４を基板１１０の下面１１４へ向かって偏向させることの両方が同時に行われるように、全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓが変調電極１３１、１３２、１３３に印加される。

好ましくは、付加的な分極電圧Ｖ_ｓの振幅は、変調電極１３１、１３２に印加される全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓの正又は負の符号が一定になるように調節される。

例えば、変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）が、交互に正と負の値、例えば＋１Ｖと−１Ｖを取る、周期的な方形波変調である場合、付加的な分極電圧Ｖ_ｓは、印加される全電圧Ｖ_ｍ（ｔ）＋Ｖ_ｓが常に負になるように、一定に、かつ−５Ｖに等しくなるように選択することができる。

付加的な分極電圧Ｖ_ｓは一定なので、これは導波路１２０内で導波される光波３の付加的な光位相進み又は遅れに関連し、それゆえ進み又は遅れは時間の関数として一定である。従って、この付加的な分極電圧Ｖ_ｓを変調電極１３１、１３２へ印加することで、導波光波３の光位相の変調を乱すことはない。

図５に示す電気光学位相変調器１００の第２の実施形態において、電気光学位相変調器１００の電気分極のための手段は、変調電極１３１、１３２、１３３とは異なるそれらから分離した２つの付加的電極１４１、１４２を含む。

これらの電極１４１、１４２は、ここでは導波路入射端１２１と変調電極１３１、１３２との間に、導波路１２０と平行に配置される。

２つの付加的電極１４１、１４２は、付加的な電気的制御手段によりこれらの間に印加される分極電圧Ｖ_ｓによって分極されることが意図され、導波路１２０の近傍の、ここではこれらの付加的な分極電極１４１、１４２の下に位置する基板の領域内の、基板１１０の光屈折率ｎ_ｓを低減する永続的電場を発生させる。

これらの付加的電極１４１、１４２を導波路入射端１２１の近くに配置することにより、非導波光波４が基板１１０内でのその伝搬の開始時から偏向されることが保証される。

試験は、互いに１０マイクロメートルで離間し、５ボルトに等しい分極電圧Ｖ_ｓで分極された付加的電極１４１、１４２を用いると、残留振幅変調を少なくとも１０ｄＢ低減できることを示した。

しかしながら、変形例として、付加的電極は、導波路出射端と変調電極との間に配置することもできる。

別の変形例として、電気分極手段は、図４の変調電極１３１、１３２、１３３と同様に配置された３つの付加的電極を含むことができ、これらの３つの付加的電極は、変調電極とは分離している。

付加的電極１４１、１４２に印加される分極電圧Ｖ_ｓを制限するために、図６に示すような本発明の第３の実施形態において、電気分極手段は、導波路出射端１２２と変調電極１３１、１３２との間に導波路１２０と平行に配置される、変調電極１３１、１３２とは異なる２つの他の付加的電極１５１、１５２をさらに含むことができる。

これらの２つの他の付加的電極１５１、１５２は、別の分極電圧Ｖ_ｓ’によって分極されて、導波路１２０の近傍において基板１０１の光屈折率ｎ_ｓを低減する別の永続的電場を、電気光学基板１１０内に、ここでは２つの付加的電極１５１、１５２の下方に発生させる役割を担う。

このように、基板１１０内を伝搬する非導波光波４は、二重に偏向されて、導波路出射端１２２から遠ざかるので、残留振幅変調がさらに低減される。

２つの前述の付加的電極１４１、１４２と同一の２つの他の付加的電極１５１、１５２を用いて、各々２．５Ｖに等しい分極電圧Ｖ_ｓ及びＶ_ｓ’を印加することにより、残留振幅変調はさらにもっと低減される。

図７及び図８にそれぞれ示される第２及び第３の実施形態の変形例において、導波路１２０は、１つの湾曲部分１２４及び２つの湾曲部分１２４、１２５をそれぞれ含む。

この場合、上面１１３に平行な平面内で、基板１１０の入射面１１１上に位置する導波路入射端１２１と基板１１０の出射面１１２上に位置する導波路出射端１２２との間に延びる導波路１２０は、非直線状である。

図７に示す電気光学位相変調器１００の第２の実施形態の変形例において、導波路は、導波路入射端１２１と出射端１２２との間に第１の湾曲導波路部分１２４を有し、その結果、導波路１２０内で導波される光波３は、導波路入射端１２１と出射端１２２との間で、導波路１２０の光路に沿って導波路１２０内を導波される。

この場合には、変調器１００の２つの付加的電極１４１、１４２は、第１の湾曲導波路部分１２４において導波路１２０と平行に配置されるように、同じく湾曲した形状を有する。

好都合には、第１の湾曲導波路部分１２４は、電極間ギャップ１１８を非導波光波４の伝搬方向に対して横方向にオフセットさせるように選択された形状及び寸法を有する。

より正確に言えば、第１の湾曲導波路部分１２４は、入射面１１１上での導波路１２０の接線方向１２１Ｔの延長部が電極間ギャップ１１８から偏位するようになっている。

換言すれば、非導波光波４が屈折率変調区域１１７内に捕捉されることを避けるために、導波路１２０の入口における入射光波１に関連する、特に接線方向１２１Ｔを含む屈折面が、電極間ギャップ１１８と交差しないようにすることが望ましい。

入射面１２１上での導波路１２０の接線方向１２１Ｔは、従来通り導波路１２０内での入射光波１の屈折の主方向に対応し、より正確に言えば、ここでは上面１１３又は下面１１４の一方に対するこの主方向の投影である。

換言すれば、この接線方向１２１Ｔは、導波路入射端１２１における導波路１２０内の導波光波３の主伝搬方向に対応する。それにもかかわらず、導波路１２０の中に入った後、導波光波３は、導波路１２０の光路に従い、導波路出射端１２２において出射面１１２に到達する。

同様に、非導波光波４は、屈折面内の接線方向１２１Ｔと同一平面にある主方向１２１Ｐ（図３参照）で、導波路入射端１２１から基板１１０の出射面１１２まで基板１１０内を自由に伝搬する。

従って、図７から、第１の湾曲導波路部分１２４により、非導波光波４は、電極間ギャップ１１８から基板１１０内に延びる屈折率変調区域１１７をもはや通過しなくなるので、非導波光波４は、基板１１０内で変調電極１３１、１３２の下に導かれることがなくなることが理解される。

従って、非導波光波４は、変調電極１３１、１３２間に変調電圧Ｖ_ｍ（ｔ）が印加されている間でさえも、図３に示す軌道に沿って基板１１０内を伝搬することになる。

非導波光波４は、基板１１０内でのその伝搬の間に発散して振幅４Ａを示し、これは伝搬が進行するにつれて回折によって拡がるので、導波路出射端１２２において、非導波光波は導波光波３と一部しか重ならず、その結果、これらは互いにそれほど干渉することができず、変調器１００の出口において射出光波２内に残留振幅変調をもたらすことができない。

次に、第１の湾曲導波路部分１２４は、非導波光波４と電極間ギャップ１１８との間にギャップを導入し、これは、特に電極間ギャップ１１８の入口において、非導波光波の空間的拡がり４Ａよりも大きい。

第１の湾曲導波路部分１２４は、ここでは、その値が所定の最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}よりも大きい曲率半径Ｒ_Ｃ（図５参照）を各々が有する２つの対向する湾曲部を備えたＳ字形（図５参照）を有し、この第１の湾曲導波路部分１２４によって誘導される光損失が０．５ｄＢ未満となるようになっている。

この曲率半径の最小値Ｒ_{Ｃ，ｍｉｎ}は、２０ｍｍ以上であることが好ましい。

湾曲によって誘導される損失を制限するために、第３の実施形態の変形例（図８参照）において、導波路１２０は、少なくとも１つの第２の湾曲導波路部分１２５を導波路入射端１２１と導波路出射端１２２との間に、ここでは直線状導波路部分１２３の後に有することができる。

このように、非導波光波４と屈折率変調区域１１７との間の一定の値の空間的オフセットに関して、より低い曲率を有する、より少ない損失を変調器１００に導入する湾曲導波路部分１２４、１２５を用いることが可能になる。

もちろん、電気分極手段が変調器の変調電極を含む場合（第１の実施形態の場合）、電気光学位相変調器内で１つ又は複数の湾曲導波路部分を用いることが可能である。このことは、導波路が湾曲部分を有さない場合よりも低い付加的分極電圧の使用を可能にするという利点を有する。

１：入射光波
２：射出光波
３：導波光波
１０、２０：結合手段
１１、２１：クラッド
１２、２２：コア
１００：電気光学位相変調器
１１０：電気光学基板
１１１：入射面
１１２：出射面
１１３：上面
１１４：下面
１１５、１１６：側面
１１７：分極領域
１１８：電極間ギャップ
１２０：光導波路
１２１：導波路入射端
１２１Ｐ：非導波光波の伝搬の主方向
１２１Ｔ：入射面における導波路の接線方向
１２２：導波路出射端
１３１、１３２、１３３：変調電極（電気分極手段）
１４１、１４２、１５１、１５２：付加的電極（電気分極手段）

Claims (9)

1. 変調器（１００）に入射した光波（１）の光位相を変調することを意図した電気光学位相変調器（１００）であって、
   入射面（１１１）及び出射面（１１２）を含む電気光学基板（１１０）と、
   前記基板（１１０）の前記入射面（１１１）上に位置する導波路入射端（１２１）から前記基板（１１０）の前記出射面（１１２）上に位置する導波路出射端（１２２）まで連続的に直線状の光導波路（１２０）であって、前記光導波路（１２０）は、前記基板（１１０）の光屈折率（ｎ_ｓ）よりも高い光屈折率（ｎ_ｇ）を有し、前記光導波路（１２０）に一部が結合した前記入射光波（１）を、前記導波路入射端（１２１）と前記出射端（１２２）との間の前記光導波路（１２０）の光路に沿って伝搬する導波光波（３）として導波するようになっている導波路（１２０）と、
   前記導波路（１２０）と平行に配置された少なくとも２つの変調電極（１３１、１３２）であって、変調電圧（Ｖ_ｍ（ｔ））が前記変調電極（１３１、１３２）間に印加された場合に、前記変調電圧（Ｖ_ｍ（ｔ））の関数である変調位相シフトを、前記光導波路（１２０）内を伝搬する前記導波光波（３）に導入する、少なくとも２つの変調電極（１３１、１３２）と、
   を含み、
   前記導波路（１２０）の近傍において前記電気光学基板（１１０）の前記光屈折率（ｎ_ｓ）を低減することが可能な永続的電場を前記電気光学基板（１１０）内に発生させるように構成された、前記電気光学基板（１１０）の電気分極のための手段（１３１、１３２；１４１、１４２、１５１、１５２）を含む
   ことを特徴とする、電気光学位相変調器（１００）
2. 前記電気分極手段は、前記少なくとも２つの変調電極（１３１、１３２）を含み、これらは、前記変調電圧（Ｖ_ｍ（ｔ））に加えて付加的な分極電圧（Ｖ_ｓ）が前記変調電極（１３１、１３２）間に印加された場合に、前記永続的電場を発生させる役割を担うことを特徴とする、請求項１に記載の電気光学位相変調器（１００）。
3. 前記電気分極手段は、前記導波路入射端（１２１）又は前記導波路出射端（１２２）と前記変調電極（１３１、１３２）との間に前記導波路（１２０）に平行に配置された、前記前記変調電極（１３１、１３２）とは異なる少なくとも２つの付加的電極（１４１、１４２）を含み、前記少なくとも２つの付加的電極（１４１、１４２）は、分極電圧（Ｖ_ｓ）によって分極されて前記永続的電場を発生させる役割を担うことを特徴とする、請求項１に記載の電気光学位相変調器（１００）。
4. 前記少なくとも２つの付加的電極（１４１、１４２）が、前記導波路入射端（１２１）と前記変調電極（１３１、１３２）との間に配置され、前記電気分極手段は、前記導波路出射端（１２２）と前記変調電極（１３１、１３２）との間で前記導波路（１２０）と平行に配置された、前記変調電極（１３１、１３２）とは異なる少なくとも２つの他の付加的電極（１５１、１５２）をさらに含み、前記少なくとも２つの他の付加的電極（１５１、１５２）は、別の分極電圧（Ｖ_ｓ’）によって分極されて、前記導波路（１２０）の近傍において前記電気光学基板（１１０）の前記光屈折率（ｎ_ｓ）を低減するように構成された別の永続的電場を前記電気光学基板（１１０）内に発生させる役割を担うことを特徴とする、請求項３に記載の電気光学位相変調器（１００）。
5. 前記入射光波（１）を前記導波路入射端（１２１）に結合するための手段（１０）及び／又は前記導波光波（３）を前記導波路出射端（１２２）に結合するための手段（２０）をさらに含み、前記結合手段は、好ましくは光ファイバのセクションを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
6. 前記電気光学基板（１１０）は、２つの側面（１１５、１１６）、下面（１１４）及び上面（１１３）を有する平面的な幾何学的形状のものであり、前記下面（１１４）及び前記上面（１１３）は、前記基板（１１０）の前記入射面（１１１）と前記出射面（１１２）との間に延びており、前記光導波路（１２０）は、前記上面（１１３）に近接する、前記上面（１１３）と平行な平面内に延びることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
7. 前記電気光学基板（１１０）が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ポリマー材料、半導体材料、例えばシリコン、リン化インジウム、又はヒ化ガリウムで作られた基板であることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
8. 前記導波路（１２０）と前記電気光学基板（１１０）との間の光屈折率の差が１０^−２から１０^−３までの範囲内に含まれ、
   前記電気分極手段によって前記電気光学基板（１１０）内に誘導される光屈折率の差が１０^−５から１０^−６までの範囲内に含まれる
   ことを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の電気光学位相変調器（１００）のための変調方法であって、前記導波路（１２０）の近傍において前記電気光学基板（１１０）の前記光屈折率（ｎ_ｓ）を低減することが可能な永続的電場を発生させるように構成された前記電気分極手段（１３１、１３２；１４１、１４２）を分極するステップを含むことを特徴とする、変調方法。